Навчальний експеримент у системі вивчення фізики в середній школі

Комп’ютеризація експерименту розширює обізнаність учнів з досліджуваним фізичним явищем, формує навички і надає їм впевненості під час використання сучасних експериментальних методів, ознайомлює з передовими засобами пізнання, видами контролю за технологічними процесами на виробництві, дає змогу по-новому розглядати методику постановки шкільного експерименту.Сучасні персональні комп’ютери (ПК) уможливлюють використання ЕОМ у дослідній роботі з підключенням відповідних допоміжних пристроїв у ролі засобів контролю, реєструючих приладів, приладів візуального відбиття та ін. На екрані графічного дисплея можна формувати систему шкал вольт-, ампер-і ватметрів та багатьох інших вимірювальних приладів, що реєструють певні параметри досліджуваних об’єктів. В експериментально-дослідній роботі проміжпою ланкою між ЕіОМ і об’єктом дослідження є датчики та перетиорюючі пристрої. Як правило, датчики сприймають інформацію в аналоговому вигляді (температура, тиск, освітленість, вологість, напруга та ін.), яку перш ніж «подати» до комп’ютера, необхідно перетворити в цифрову форму. Під час роботи з групою датчиків програми забезпечують періодичне опитування стану кожного з них. Після обробки експериментальних даних ЕОМ направляє результати в необхідному для аналізу вигляді на пристрої виводу.

Для використання апаратних засобів ЕОМ, опрацювання сигналів, що надходять, і виведення результатів у зручній для сприйняття формі створюють відповідні програмні засоби обробки та дослідження сигналів. Такі програми можуть бути спеціалізовані — призначені для дослідження конкретного фізичного об’єкта, або універсальні — для забезпечення певного виду експериментів. Програмні засоби, призначені для забезпечення сприйняття іиформації про зміну параметрів фізичних величин та їх характеристик від датчиків та перетворюючих пристроїв для її наступної обробки в цифровому вигляді, збереження та реєстрації на засобах виводу, відносять до експериментально-дослідних.

Питання комп’ютеризації експериментально-дослідної роботи неодноразово порушу-валися в наукових та навчально-методичних виданнях, але специфіка підходу щодо застосування та їх інформативність недостатні для використання в шкільній практиці. Виконання таких робіт у навчальному процесі забезпечує розроблений пакет педагогічних програмних засобів (ППЗ) «F(t)». Він призначений для демонстрації і дослідження зміни фізичних величин з часом та експлуатації ПК типу ІВМ РС як осцилограф. ППЗ «F(t)» забезпечує візуалізацію часових змін характеристик фізичних величин, що досліджуються за допомогою датчиків резистивного типу (фото-, термо-, магніто- і га-зорезистори та ін.) та перетворювачів, підключених до аналогово-цифрового порту вводу ЕОМ ІВМ РС і сумісних з ними. Інструментальна похибка у вимірюваннях та розрахунках на основі рекомендованого пакету програм не перевищує 5 %. Дослідження проводять у системі з реальним масштабом часу.

ППЗ «F(t)» дає змогу оцінити відхилення електричних характеристик датчика фізичної величини і побудувати графічну залежність зміни її па-раметрів з часом на екрані ди-плея (типу EGA або VGA). Пакет «F(t)» передбачає повний і посторінковий перегляд досліджуваного процесу апрок-симованої графічної залежності й проведення його функціонального дослідження на основі диференціювання та інтегрування функції з обчис-ленням площі криволінійної трапеції та знаходженням абсолютних екстремумів функції. У пакеті реалізована можливість кросування функції для визначення її значень у будьякий момент часу дослідження.

Для покращення психологічного сприйняття, інформативності та слухового контролю передбачено звуковий супровід експериментального процесу. Враховуючи невеликі розміри дисплея, що впливає на погіршення демонстраційних характеристик ПК, а також проблеми підключення ЕОМ з EGA та VGA дисплеями до побутових телевізорів, у пакеті передбачена можли-вість виведення відеоінформації з підвищеним контрастом. Програма забезпечує вивід результатів дослідження на друкуючий пристрій для отримання твердої копії утвореної графічної залежності та даних її аналізу.

Основним робочим файлом пакета, який забезпечує отримання даних та керування експериментальним процесом є f(t).ехе. Інформація про досліджуваний процес за умовчанням заноситься у файли даних f(t).dat та атрибутів f(t).аtг для подальшої обробки та збереження в бібліотеці експериментальних даних. За необхідності користувач має змогу створити або викликати з бібліотеки даних (каталог ОАТА) для дослідження свій файл з будьяким іншим іменем, що відповідає вимогам та синтаксису операційної системи MS DOS. До пакета також входять допоміжні файли з довідковою і технічною інформацією для користувачів f(t).doc і f(t).shm, в яких описано призначення та можливості ППЗ «F(t)», його особливості, функціональні клавіші, схеми узгодження та ін.

Датчики під’єднують через стандартний аналогово-цифровий порт вводу/виводу ЕОМ ІВМ РС за допомогою узгоджувального пристрою (мал. 1.). Для отримання інформащї щодо стану датчиків звертаються до порту за адресою 0201h.Наочність та інформативність споглядання ходу демоистраційного експерименту забезпечується безпосереднім спостереженням використаного обладнання і засобів, а також результатів обробки експериментальних даних у графічному та цифрознаковому вигляді на дисплеї ЕОМ і копії, отриманої на друкуючому пристрої. Передбачено збереження експериментальних результатів та функціональної залежності, добутих під час досліджень, у бібліотеці даних для наступного використания для актуплізації опорних знань, на уроках узагальнення набутих знань, умінь та навичок, а також під час повторения навчального матеріалу.